Sistem Kontrol Open Loop dan Close Loop

1 Sistem Kontrol Open Loop
Open loop control atau kontrol lup terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Artinya, sistem kontro terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan

Dari gambar 1 di atas dapat diketahui persamaan untuk sistem lup terbuka :

Dalam suatu sistem kontrol terbuka, keluaran tidak dapat dibandingkan dengan masukan acuan. Jadi, untuk setiap masukan acuan berhubungan dengan operasi tertentu, sebagai akibat ketetapan dari sistem tergantung kalibrasi. Dengan adanya gangguan, system control open loop tidak dapat melaksanakan tugas sesuai yang diharapkan. System control open loop dapat digunakan hanya jika hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat gangguan internal maupun eksternal.

2 Sistem kontrol lup tertutup (Close Loop)
Sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan, sistem kontrol lup tertutup juga merupakan sistem kontrol berumpan balik. Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik (yang dapat berupa sinyal keluaran atau suatu fungsi sinyal keluaran atau turunannya, diumpankan ke kontroler untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan. Dengan kata lain, istilah “lup tertutup” berarti menggunakan aksi umpan – balik untuk memperkecil kesalahan sistem.

Dari gambar 2 di atas dapat diketahui persamaan yang digunakan dalam close loop sistem :

Pada Gambar 8.2 menunjukkan hubungan masukan dan keluaran dari sistem kontrol lup tertutup. Jika dalam hal ini manusia bekerja sebagai operator, maka manusia ini akan menjaga sistem agar tetap pada keadaan yang diinginkan, ketika terjadi perubahan pada sistem maka manusia akan melakukan langkah – langkah awal pengaturan sehingga sistem kembali bekerja pada keadaan yang diinginkan.
Dalam hal lain jika kontroler otomatik digunakan untuk menggantikan operator manusia, sistem kontrol tersebut menjadi otomatik, yang biasa disebut sistem kontrol otomatik berumpan balik atau sistem kontrol lup tertutup, sebagai contoh adalah pengaturan temperatur.
Sistem kontrol manual berumpan-balik dalam hal ini manusia bekerja dengan cara yang sama dengan sistem kontrol otomatik. Mata operator adalah analog dengan alat ukur kesalahan, otak analog dengan kontroler otomatik dan otot – ototnya analog dengan akuator. Hal inilah yang membedakan dengan sistem kontrol lup terbuka yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan, dimana keluaran tidak diukur atau diumpan–balikkan untuk dibandingkan dengan masukan.
Sistem kontrol lup tertutup mempunyai kelebihan dari sistem kontrol lup terbuka yaitu penggunaan umpan–balik yang membuat respon sistem relatif kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem dan mudah untuk mendapatkan pengontrolan “Plant” dengan teliti, meskipun sistem lup terbuka mempunyai kelebihan yaitu kestabilan yang tak dimiliki pada sistem lup tertutup, kombinasi keduanya dapat memberikan performansi yang sempurna pada sistem.

READ MORE - Sistem Kontrol Open Loop dan Close Loop

READ MORE - Sistem Kontrol Open Loop dan Close Loop

Gigi Reduksi

Dalam peranan Robotika, gigi reduksi sangat diperluka kareana dengan gigi reduksi akan menambah torsi motor sehingga memudahkan dalam pengontrolan motor tersebut.

Gigi kecil berfungsi sebagai pengemudi (driver) yg melakukan upaya (effort), dan gigi besar berfungsi sebagai terkemudi (driven) yg menjadi beban (load). Jadi, angka pertama adalah dalam rasio adalah gigi kecil yg menerima daya dari mesin. Gigi besar berputar 1 x. Jadi, dalam praktek, gigi besar lebih lambat daripada gigi kecil. Jika ada gigi ketiga yg lebih besar lagi dgn 90 gigi, sehingga rasio gigi kedua dan ketiga adalah 45 : 90 atau 1 : 2 atau 1/2, maka berarti reduksi total adalah 1/3 x 1/2 = 1/6, dimana untuk 1 x kali putaran gigi terkecil, gigi terbesar berputar 1/6 x.



Karena banyaknya gigi pada satu gigi sebanding dengan keliling (circumference, c) atau perimeter gigi , dimana makin besar gigi makin banyak giginya, maka rasio gigi juga bisa dinyatakan sebagai rasio perimeter, atau rasio diameter, atau rasio radius, dari dua gigi .

GR = gt1 / gt2 = c1 / c2 = pi.d1 / pi.d2 = d1 / d2 = 2.r1 / 2.r2 = r1 / r2
dimana,
GR, gear ratio | rasio gigi
gt, gear|sprocket teeth | gigi
c, perimeter | keliling gigi
d, diameter gigi
r, radius | jejari gigi

Masing-masing gigi memiliki titik kontak, dimana pada titik kontak tiap 2 gigi kelajuan gerak gigi adalah sama, sehingga

v1 = v2
w1 . r1 = w2 . r2
w1 / w2 = r2 / r1 atau w2 / wi = r1 / r2

GR = r1 / r2 = w2 / w1 = v2 / v1

dimana,
v, linier velocity | velositas linier atau kecepatan lurus, dlm meter per detik (m/s, mps).
w, angular velocity | velositas angular atau kecepatan putar, dlm derajat per detik (degree per second, deg/s).

Jadi, dapat disimpulkan bahwa rasio gigi pasangan gigi adalah sebanding dengan perimeter, diameter, dan radius, dan berbanding terbalik dgn kelajuan putarnya
Meski demikian, dengan menghitung banyak gigi pada masing-masing gigi diperoleh rasio tepat, terlepas dari variasi kesalahan pengukuran radius, diameter, atau perimeter. Selama sepasang gigi bersinggungan atau terkopel, putaran pasangan ini selalu tetap. Sehingga, sebagai contoh, pasangan gigi dapat digunakan untuk mengkonstruksi jam mekanik, dimana menit bergerak tepat 12 x lebih cepat daripada jam, dan begitu pula detik tehadap menit.

READ MORE - Gigi Reduksi

READ MORE - Gigi Reduksi

H – Bridge Motor Driver

H-Bridge atau yang diterjemahkan sebagai “Jembatan H”, adalah sebuah rangkaian dimana motor menjadi titik tengahnya dengan dua jalur yang bisa dibuka tutup untuk melewatkan arus pada motor tersebut, persis seperti huruf “H” (dengan motor berada pada garis horizontal).

Gambar 1 H-Bridge Motor Driver

Dua terminal motor a dan b dikontrol oleh 4 saklar (1 s/d 4). Ketika saklar satu dan dua diaktifkan (saklar 3 dan 4 dalam keadaan off), maka terminal motor a akan mendapatkan tegangan (+) dan terminal b akan terhubung ke ground (-), hal ini menyebabkan motor bergerak maju (atau searah jarum jam)

Gambar 2 H-Bridge Motor Driver ketika motor bergerak maju

Sedangkan sebaliknya, bila saklar 1 dan 2 dalam keadaan off, saklar 3 dan 4 dalam keadaan aktif, maka terminal a akan terhubung ke ground (-) dan terminal b akan mendapatkan tegangan (+), dan tentunya hal ini dapat menyebabkan motor berubah arah putarnya, menjadi bergerak mundur (atau berlawanan dengan arah jarum jam)

Gambar 3 H-Bridge Motor Driver ketika motor bergerak mundur

Untuk mengimplementasikan H-Bridge ini, tidak bisa langsung dihuhubungkan ke output yang diambil dari pin I/O mikrokontroler. Sebab output dari mikrokontroler hanya mempunyai daya yang sangat kecil. Sedangkan untuk motor sendiri, kadang-kadang membutuhkan daya yang tidak kecil (misalnya 200 mA, 1 A atau bahkan lebih). Jika kita memaksakan menghubungkan output digital dari mikrokontroler langsung ke motor, bisa jadi merusak mikrokontroler itu sendiri. Oleh karena itu membutuhkan sebuah rangkaian penguat yang dapat dikontrol dari input digital. Dan tentunya chip (IC) yang mengakomodasi keperluan ini telah ada. H-Bridge driver. Salah satu tipenya kita bisa menggunakan L293D (untuk mengendalikan arus rata-rata 600 mA) atau LMD18200 (untuk mengendalikan arus 3A, tegangan sampai 55V).
Arsitektur dari half H-Bridge ini sebenarnya terdiri dari 2 amplifier, seperti terlihat pada gambar:

Gambar 4 Arsitektur Half H-Bridge

READ MORE - H – Bridge Motor Driver

READ MORE - H – Bridge Motor Driver

PWM (Pulse Width Modulation)

PWM modulator menghasilkan sinyal DC yang terpotong-potong, sehingga nampak seperti sinyal square (kotak) dengan duty cycle yang proporsional dengan tegangan input yang diberikan. Putaran motor DC dapat diatur dengan mengatur tegangan DC input atau dengan cara PWM (Pulse Width Modulator). Voltage driver akan menghasilkan tegangan yang sama dengan inputnya, PWM akan menghasilkan pulsa denga duty cycle yang sesuai dengan sinyal DC inputnya.
PWM (Pulse width modulator) adalah suatu cara modulasi, dimana gelombang pembawa yang digunakan terdiri dari pulsa-pulsa segi empat yang berulang-ulang, dengan lebar pulsa yang dapat diubah-ubah oleh amplitudo dari sinyal informasi.
PWM dipergunakan dalam pengaturan tegangan, tegangan beban diatur dengan cara mengatur duty cycle dari gelombang kotak yang disupplykan ke basis dari switching transistor.
Untuk mengukur duty cycle dapat digunakan rumus :
Hal ini dapat diamati dari tampilan Duty Cycle pada osiloskop sebagai berikut:

Prinsip dasar PWM ditunjukkan pada Blok sederhana PWM berikut:



PWM diperoleh dengan mengumpankan sinyal segitiga e(t) dan sinyal modulasi em(t) kesebuah komparator. Lebar pulsa dari sinyal menggambarkan informasi atau besar sinyal dari modulasi.
Bila sinyal segitiga e(t) lebih besar dari em(t) maka keluaran komparator e0=Vo yang merupakan nilai dari saturasi komparator. Bula e(t) kurang dari em(t) maka keluarannya e0=-Vo.
Bila em(t)=0, lebar pulsa sama dengan siklus kerja yang berubah secara linear terhadap em(t) dan besarnya akan mencapai 50%. Besarnya siklus kerja dirumuskan :

READ MORE - PWM (Pulse Width Modulation)

READ MORE - PWM (Pulse Width Modulation)

Isolator

Isolator yang biasa digunakan pada saluran udara yang dioperasikan pada tegangan tinggi adalah : bahan porselin, bahan gelas, dan bahan polimer.
Untuk mendapatkan sifat-sifat listrik dan mekanis yang baik dari bahan porselin, harus dipilih suhu pemrosesan yang sesuai. Isolator porselin yang baik secara mekanis mempunyai kuat dielektrik kira-kira 60 kv/cm, kuat tekan dan kuat tariknya masing-masing 70.000 kg/cm2 dan 500 kg/cm2.
Isolator bahan gelas banyak digunakan sebagai isolator pasangan luar (outdoor insulator) atau isolator saluran udara (overhead insulator).
Isolator bahan polimer menunjukkan performansi yang baik pada beberapa kondisi, terutama untuk daerah berpolusi.
Isolator saluran udara dapat diklasifikasikan menjadi : isolator pasak, isolator piring, isolator batang panjang, isolator pos saluran, dan isolator pos pin.
Isolator pasak terdiri dari beberapa bagian yang disambungkan satu sama lain.
Sejumlah isolator piring dihubungkan secara seri dengan menggunakan sambungan logam , membentuk satu rentengan.
Isolator batang panjang terdiri dari silinder porselin dengan kerutan-kerutan dan ujung-ujungnya diperkuat dengan dua tutup logam yang disemenkan.
Isolator pos saluran terbuat dari porselin yang bagian bawahnya diberi tutup besi cor yang disemenkan pada porselin serta pasak baja yang disekrupkan padanya.
Isolator pos pin digunakan pada daerah yang membutuhkan kehandalan tinggi.

Karakteristik isolator:
a. Karakteristik mekanik
Gaya tarik terhadap isolator yang telah dipasangkan relatif besar.
b. Karakteristik elektrik
Isolator terdiri dari bahan isolasi yang diapit oleh elektroda-elektroda.

Kegagalan isolator:
a. Isolator pecah.
b. Bahan isolasi berlubang-lubang.
c. Ketidakmurnian bahan isolasi.
d. Bahan tidak dapat mengkilap.
e. Tekanan secara mekanis.
f. Flashover.

Parameter Isolator :
IEC Publikasi 36 memberikan saran untuk mempertimbangkan parameter-parameter dalam pemakaian isolator di daerah polusi, sebagai berikut :
- Faktor bentuk (form Factor – FF)
- Faktor Profil
- Perbandingan jarak dua shed berurutan dengan panjang shed bergantung (the ratio of shed interval to shed overhang), dan
- Sudut kemiringan shed

Rugi-rugi Isolator :
a. Frekuensi, makin tinggi frekuensi makin tinggi pula rugi-rugi
b. Medan, makin tinggi medan listrik makin tinggi pula rugi-rugi
c. Konstanta rugi-rugi, makin tinggi konstanta rugi-rugi makin tinggi pula rugi-rugi isolator

READ MORE - Isolator

READ MORE - Isolator

Resume Semikonduktor

Semikonduktor bisa didefinisikan pertengahan anatara sifat konduktor dan isolator. Konduktor adalah atom yang memiliki elektron valensi di kulit terluar sebanyak 1 elektron sehingga jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang sama.Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya 'jauh' dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.Sedangkan Isolator merupakan atom yang memiliki elektron valensi sebanyak 8 buah, oleh sebab itu dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan elektron-elektron ini karena daya tarik elektron yang menggerombol ke nukleus sangat kuat. Jadi kita dapat mengambil kesimpulan untuk mengartikan semikonduktor. Semi sendiri berarti setengah atau sebagian, jadi semikonduktor dapat diartikan memiliki sifat setengah dari konduktor. Jadi dapat ditebak semikonduktor memiliki elektron valensi di kulit terluar sebanyak 4 elektron(efektif). Karena energi untuk melepaskan elektron berimbang. Tidak begitu kuat tapi masih ada energi untuk mengikat elektron tersebut.
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir dipantai. Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya.
Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik.Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik.
Dalam aplikasinya semikonduktor dipakai dalam perangkat-perangkat elektronik seperti dioda, resistor, transistor.
Semikonduktor dalam penerapan di resistor memang tepat karena semikonduktor itu sendiri memiliki resistansi. Namun besar resistansi yang bisa didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor itu sendiri.

READ MORE - Resume Semikonduktor

READ MORE - Resume Semikonduktor